В областях углехимической промышленности и транспортировки под сверхвысоким давлением точность уплотнительной поверхности затвора высоконапорного задвижного клапана из хромомолибденовой стали (A105N, F91) с диаметром Φ 200–500 мм (требуемая плоскостность ≤ 0,015 мм/100 мм, шероховатость Ra ≤ 0,6 мкм), а также соосность между камерой клапана и фланцем (≤ 0,025 мм) напрямую определяют герметичность при высоком давлении — такой клапан должен длительное время выдерживать давление 42 МПа и температуру 350 °C. Если точность обработки не соответствует стандарту, показатель утечки среды (например, синтез-газа в процессе получения олефинов из угля) превысит установленные API 602 значение 0,001 %, что приведёт к коррозии оборудования или создаст угрозу безопасности. При обработке такого типа задвижек отечественный производитель высококачественных клапанов сталкивается с традиционным технологическим узким местом: требуется выполнение трёх операций — «черновое растачивание камеры клапана на токарном станке → точная шлифовка уплотнительной поверхности затвора на вертикально-шлифовальном станке → сверление отверстий под болты фланца на сверлильно-расточном станке с кронштейном». Многократная переустановка приводит к тому, что соосность между камерой клапана и фланцем превышает 0,05–0,07 мм, погрешность плоскостности уплотнительной поверхности затвора составляет 0,03–0,05 мм, а процент прохождения гидравлических испытаний продукцией — всего 88 %. Хромомолибденовая сталь (F91) имеет высокое содержание хрома и высокую прочность при повышенных температурах. Скорость износа инструмента при обработке в 2,5 раза выше, чем у обычной углеродистой стали. Срок службы твёрдосплавного инструмента составляет всего 25–30 деталей/лезвие, а стоимость инструментов на один клапан превышает 320 юаней. Время обработки одной детали достигает 50 минут, что затрудняет выполнение требований проектов в углехимической промышленности по «краткосрочной поставке».
Для преодоления трудностей компания внедрила токарный станок с ЧПУ Shenyang Machine Tool CK525 вертикального типа и создала специализированную систему обработки для задвижек с «адаптацией к труднообрабатываемым материалам + высокоточным контролем герметичности при высоком давлении». Оборудование оснащено цельной высокопрочной чугунной станиной (толщина стенки литой станины 80 мм), которая прошла двойную обработку для снятия напряжений: «естественное старение в течение 12 месяцев + вибрационное старение в течение 72 часов». В сочетании с конструкцией коробчатых салазок съёмных подушек и статических направляющих с четырёхточечной опорой, жесткость распределена оптимально благодаря анализу методом конечных элементов. Радиальная жесткость при резании достигает 38 кН/мм, что позволяет стабильно выдерживать радиальную силу 22 кН при обработке хромомолибденовой стали. Станок оснащён системой ЧПУ Fanuc 31i-B5 и полностью замкнутой системой управления с линейкой с решёткой (разрешение 0,01 мкм), обеспечивая точность позиционирования ±0,008 мм и повторяемость позиционирования ±0,005 мм, что точно соответствует требованиям допуска уровня H6 к поверхности уплотнения затвора. В ответ на высокую прочность при повышенных температурах и склонность к упрочнению при обработке хромомолибденовой стали оборудование оснащено шпинделем с внутренним охлаждением под высоким давлением (давление охлаждения 1,8 МПа, расход 45 л/мин) и сверхмелкозернистыми режущими инструментами из кубического нитрида бора CBN (твердость HV3200, износостойкость при высоких температурах повышена на 40 %), в сочетании с технологией «охлаждения с помощью масляного тумана низкой температуры» (температура в зоне резания контролируется ниже 60 °C), эффективно подавляющей скалывание кромки инструмента и образование стружки.
Сценарии использования клиентами
С точки зрения технологических инноваций, оборудование достигло прорыва в «точной обработке высоконапорных задвижек за одну установку»: интеграция гидравлического патрона с четырьмя кулачками Φ 750 мм (усилие зажима до 100 кН, подходит для корпусов клапанов Φ 200–500 мм), 8-позиционной сервобашни (время смены инструмента 1,4 секунды) и радиального силового блока для сверления и нарезания резьбы, что позволяет за один проход выполнять точное растачивание камеры клапана (цилиндричность ≤ 0,006 мм), точное токарное зеркальное выглаживание уплотнительной поверхности затвора (с использованием процесса «постоянная окружная скорость + микроподача», окружная скорость 80–120 м/мин, глубина резания 0,03–0,05 мм, плоскостность ≤ 0,012 мм/100 мм), точное токарное выглаживание фланцевой торцевой поверхности (плоскостность ≤ 0,018 мм), а также сверление и нарезание резьбы в 8–16 отверстиях фланца (точность позиционирования ≤ 0,018 мм). 0,08 мм, соответствует стандарту API 602 по симметрии отверстий под болты клапана). В ответ на требование обеспечить «высокоточную зеркальную поверхность» на уплотнительной поверхности затвора, мы инновационно применяем «многоходовой прогрессивный процесс прецизионной обработки»: первый проход удаляет 70 % излишка материала, второй проход корректирует погрешности формы и положения с глубиной резания 0,08 мм, а последний проход выполняет зеркальное выглаживание с глубиной резания 0,02 мм. В сочетании с измерительным щупом Renishaw для измерения на станке (точность измерения ± 0,0005 мм) осуществляется компенсация тепловой деформации заготовки в режиме реального времени, что обеспечивает стабильную шероховатость уплотнительной поверхности на уровне Ra 0,4 мкм; для замены задвижек различных типоразмеров (например, класс давления PN25–PN42) оборудование оснащено 35 наборами шаблонов технологических параметров, что сокращает время замены с традиционных 2 часов до 18 минут.
Трехсторонняя специальная оснастка для трехсторонней обработки
Результаты внедрения полностью соответствуют отраслевым стандартам для высоконапорных клапанов: цикл обработки одной детали сократился с 50 минут до 26 минут, а суточная производительность увеличилась с 160 единиц до 280 единиц; стабильность соосности между камерой клапана и фланцем составляет ≤ 0,02 мм, а плоскостность уплотнительной поверхности затвора — ≤ 0,012 мм/100 мм, что полностью соответствует требованиям стандарта API 602 «Компактный стальной задвижной клапан» и GB/T 12234 «Стальные задвижки с крышкой, соединённой шпильками, для нефтяной и газовой промышленности»; процент прохождения испытаний клапанов на давление вырос с 88 % до 99,2 %, а показатель утечек снижен до уровня ниже 0,0008 %, что соответствует техническому стандарту Shell Coal Chemical «нулевые утечки»; срок службы инструментов для обработки хромомолибденовой стали (F91) увеличился на 80 % (до 45–54 деталей на лезвие), а стоимость режущего инструмента на один клапан снизилась до 180 юаней; модуль интеллектуального управления и технического обслуживания, установленный на оборудовании, обеспечивает сбор данных в реальном времени о силе резания (точность ±0,5 %) и вибрации шпинделя (частота выборки 1 кГц); в сочетании с моделью прогнозирования износа инструмента это позволило повысить коэффициент использования оборудования с 76 % до 94 % и сократить простои в течение года на 400 часов.
CK525 полностью решил отраслевую проблему «трудная обработка+высокая точность» для шиберных клапанов из хромомолибденовой стали высокого давления. «Нашим шиберным клапанам удалось успешно примениться в крупномасштабных проектах углехимии, таких как Баофэн в Нинся и Тянье в Синьцзяне, — заявил технический директор компании. — Они не только прошли глобальную сертификацию поставщиков Shell, но и соответствуют строгому требованию „непрерывная работа в течение 8000 часов без обслуживания“, что создало для нас технологический барьер на рынке сегмента клапанов высокого давления». Данный пример подтверждает, что вертикальные токарные станки с ЧПУ стали ключевым оборудованием для преодоления узких мест по качеству и эффективности в области производства шиберных клапанов высокого давления благодаря глубокой интеграции „настройки обработки труднообрабатываемых материалов, замкнутого контроля точности герметизации под высоким давлением и эффективной интеграции процессов“.
EN
